|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 19 20 21 22 23 24 25 ... 33 Коэффициент запаса по испытательному напряжению конденсатора й
Полученные коэффициенты запаса по электрической прочности достаточны, и выбранный изолятор является пригодным для использования в конструкции конденсатора на рабочее напряжение 6,3 кв. Конструкция бака. Бак конденсатора (рис. П2) изготовляется сварным из декапированной стали толщиной 1,Ъмм и имеет три основных детали: боковые стенки 2, дно 6, крышку 3 и дополнительные детали: четыре крюка для транспортировки / и пластинки для крепления маркировочной таблички 5. К крышке приварена заземляющая скоба со шпилькой и гайками 4. На крышке вы-штампованы два отверстия для изоляторов и два заливочных отверстия, закрывающихся после пропитки пробками. Вокруг краев этих четырех отверстий выштампованы кольцевые углубления для обеспечения герметичности при припайке фланцев изоляторов и пробок. Внутренние размеры бака выбираются с учетом свободной укладки пакета в бак, для чего между стенками бака и пакетом предусматриваются зазоры размером 1-2 мм. Внутренний размер бака по высоте определяется высотой пакета, длиной нижней части изолятора. Последний размер необходим для размещения выводов конденсатора и для их монтажа во время сборки конденсатора. В рассматриваемом конденсаторе этот размер принят равным 32 мм. Таким образом, внутренние размеры бака равны 128 X 306 X X 826 мм.  Рис. 112. Бак конденсатора.  Определение максимальной температуры внутри конденсатора. При расчете максимальной температуры внутри секции конденсатора принимаем, что тепловой поток направлен вдоль слоев бумаги и фольги к закругленному краю секции - по направлению оси z (рис. ИЗ). Пройдя расстояние ~-, поток проходит далее перпендикулярно слоям бумаги и фольги, расстояние А^ = ~, 60i- --j/.o5 затем расстояние через слой главной изоляции, состоящий из 11 листов кабельной бумаги общей толщиной 1,32 мм, и слой электрокартона толщиной 2 мм. Так как коэффициент теплопроводности для электрокартона и пропитанной бумаги одинаков, то эти два слоя объединяем в один толщиной Аз = = 0,332 мм. Затем тепловой поток проходит через слой масла Аг = 0,178 мм и стальную стенку бака Ai = 0,15 мм. Учитывая высокую теплопроводность металлических стенок бака, считаем, что теплоотдача в окружающую среду идет от всех четырех боковых стенок бака. Максимальная температура в центре пакета определяется по формуле (1-162). Данные для расчета: ширина секции Ъ = 11,8 см; толщина секции Ас = 1,01 см; толщина и коэффициент теплопроводности слоя главной изоляции Ад = 0,332 см, Kg = 4,1 10~*; толщина и коэффициент теплопроводности слоя масла Аа = 0,178 см, К = 4,3- Ю * (при t° = 50° С); толщина и коэффициент теплопроводности стенки бака А^ == = 0,15 сж, Ki = 0,14; толщина и коэффициент теплопроводности фольги do = 0,0008 см, Я,ф = 0,48; толщина и коэф- Рис. 113. Диаграмма распределения температуры внутри конденсатора. фициент теплопроводности слоя активного диэлектрика ndi = 0,0067 см, Яб = 4,1 10*. Все значения коэффициента теплопроводности имеют размерность кал/сек см град. Коэффициент теплоотдачи с поверхности металлического бака aj = ,\\0~*кал/сек' град, тангенс угла диэлектрических потерь в активном диэлектрике при 50° С tg6 = 5 10~®, е = 3,4, Ер = 11,6 ks/mm =1,16 в/см, максимальная температура окружающей среды to = 35° С. По приведенным данным рассчитаем отдельные члены уравнения (1-162). Количество выделенного тепла по уравнению (1-124) Q = 0,24fy=Cco tgS = 0,24 6300 2 - 10 314 5 Ю = = 30 кал/сек; 0.178 0.332 , оо 4.3 10-4 -г 4 J . JQ-4 - i,oo. Боковая поверхность охлаждения бака (рис. 112) 5охл = 2 85 (30,9 + 13,1) = 7480 см\ Активная проводимость диэлектрика по уравнению (1-139) Та = 0,55 lO-is tg8 = 0,55 lO 50 3,4 5 10 = = 4,67 10-и ол -1 - Коэффициент теплопроводности вдоль слоев секции по уравнению (1-133) I \ б I , 4, 0,0067 , + 0,48 = 5.13 . 10- кал/сек см град. Коэффициент теплопроводности поперек слоев секции по уравнению (1-152) , б^ф ( б + ф) 4,1 10-4 0,48 (0,0067 -f 0,0008) ~ lndQ + ld ~ 0,48 0,0067 -f 4,1 10-4 . о.0008 ~ = 4,59 10 * кал/сек см град. После подстановки полученных значений в выражение (1-162) получаем йакс= 63,27°С. На рис. 113 дана диаграмма распределения температуры вдоль направления 2, рассчитанная по уравнениям (1-129) - - (1-132), (1-157). По такой диаграмме можно определить участки, имеющие наибольшее тепловое сопротивление. В рассматриваемом конденсаторе максимальный перепад температур, равный 9,75° G, соответствует закругленной части секции (участок А4). Если необходимо, то по данным диаграммы корректируют размеры и материалы отдельных участков, чтобы снизить максимальную температуру в центре пакета. В данном примере максимальная температура не превышает допускаемой температуры для бумажно-масляного диэлектрика, равндй 65-70° С, следовательно, необходи- мости в такой корректировке нет. Проведенный тепловой расчет приближенный; фактически максимальная температура в диэлектрике будет ниже расчетной, так как не были учтены теплоотдача от поверхности крышки и дна бака, теплопередача за счет конвекции масла, теплопередача в направлении, перпендикуляр-. ном слоям бумаги и фольги, и по направлению к закраинам секции. В условиях эксплуатации температура окружающего воздуха обычно ниже 35° С, чтс? соответственно снижает температуру внутри пакета конденсатора. Удельные характеристики конденсатора. По объему бака {V = 34 400 см) и весу конденсатора (G = 60 кг) рассчитываются удельные характеристики конденсатора. Для косинусных конденсаторов обычно вычисляют только вес и объем, приходящийся на 1 квар: ёуя = -р-, = 25 = кг/квар; Vyf,= = Ц^=1,г9дмЧквар. Обратная величина - удельная реактивная мощность - равна 0,72 квар/дм. Сравнивая полученные значения удельных характеристик с удельными характеристиками ранее выпущенных конденсаторов с близкими номинальными данными, можно оценить экономичность новой конструкции. Так, например, конденсатор КМ2-6,3 мощностью Рр = 25,8 квар, выпускавшийся ранее, имел уд =2,52 кг/квар и &уд=1,49 дмЧквар. Хотя удельные характеристики у рассчитанного конденсатора лучше, чем у КМ2-6,3, их нельзя считать предельными. При повышении качества исходных материалов, совершенствовании процессов сушки и пропитки и дальнейшей модернизации конструкции удельные характеристики конденсатора можно дополнительно улучшить. Заменяя конденсаторное масло соволом для конденсатора Рр = 29 квар, f/p = 6,3 кв, можно получить уд= 1,89 кг/квар и Vy = = 1,00 дмЧквар. При использовании высокоочищенного трихлордифенила -и бумаги с малыми потерями американские фирмы получают для конденсаторов мощностью 50-100 квар удельные характеристики до 0,5 кг/квар и до 0,3 дм/квар (что соответствует удельной мощности выше 3 квар!дм\ § 16. БУМАЖНЫЕ СИЛОВЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ СРЕДНИХ ЧАСТОТ 0,5-10 КГЦ Силовые конденсаторы с бумажным диэлектриком для повышенной частоты обычно рассчитываются на работу в диапазоне частот от 0,5 до 10 кгц, а иногда даже и на более широкий диапазон от 0,1 до ОМ 0,0/0 й008 0,002 о
20 кгц. Такие конденсаторы используются главным образом Б электротермических установках с питанием от машинных генераторов, а также ц в некоторых других устройствах, например для повышения коэффициента мощности электродвигателей повышенной частоты, в схемах питания бесконтактных рудничных электровозов и т. д. Кривые зависимости угла потерь бумажных конденсаторов от частоты, по данным С. К. Медведева, показаны на рис. 114. При увеличении частоты до значений, превышающих 10-20 кгц, угол потерь бумажных конденсаторов начинает резко увеличиваться, поэтому применять их не целесообразно, даже при использовании форсированного охлаждения. Удельные потери в конденсаторах [см. формулу (1-140)] зависят от произведения efEHgb, следовательно, они увеличиваются не только за счет роста tgfi с частотой, но и за Рис. 114. Кривые зависимости угла потерь бумажных конденсаторов^ от частоты; / - бумажно-масляный при гСС; 2 - то же, при 60°С; 3 - бумажно-соволовый при 20°С; 4 -то же. при 60°С.  Рис. 115. Схема к тепловому расчету конденсатора. счет возрастаниясамой частоты. В связи с этим приходится снижать значения Бр по сравнению с работой конденсатора при частоте 50 гц, а кроме того, принимать меры для улучшения отвода тепла из секций. Для этого применяют намотку секций с выступающей фольгой, бумагу с уменьшенной шириной (95л ж), а фольгу с увеличенной толщиной (16 жк). При этом снижаются потери в обкладках и практически их можно не учитывать при расчете. Для улучшения отвода тепла обкладки, выетупающие с одного из торцов секций, непосредственно прижимаются к охлаждаемой поверхности. При использовании водяного охлаждения змеевик, вводящий охлаждающую воду, обычно прямо припаивается к фольге, выступающей с одного из торцов секции. В этом случае можно предполагать, что весь тепловой поток направлен в сторону охлаждающей системы. Система охлаждения с припайкой змеевика к обкладкам одного знака обычно применяется при частотах от 1 кгц и выше. Тепловой расчет в этом случае несколько отличается от рассмотренного в параграфе 6. Рассмотрим основы такого расчета по М. И. Мантрову с учетом некоторых замечаний С. К. Медведева. Схема к этому расчету показана на рис. 115. В соответствии с данными С. К. Медведева предполагаем, что весь тепловой поток сонденсатора направлен направо, в сторону охлаждающего змеевика; тогда максимальное значение температуры будет на линии, проходящей через точку О, откуда будем вести отсчет расстояния х в направлении движения теплового потока. Количество тепла, выделяемое в конденсаторе и рассчитанное на сечение в направлении движения теплового потока (в направлении оси х), равное 1 сж, можно представить так: Q = iEbaem/cM\ (3-29) где Ьа-активная ширина фольги, сж;. Е-напряженность, в/см; 7а - активная проводимость диэлектрика, оМ [см. формулу (1-139)1. При тепловом равновесии все это тепло отводится к охлаждающей воде Q = arit-to), (3-30) ГДР От - коэффициент теплоотдачи проточной воды, ет/см град; ti - температура внутренней поверхности стенки трубы змеевика ° С; /о - температура охлаждающей воды средняя, °С. Поток тепла, выделенный в секциях конденсатора на длине x = Ьа, далее проходит последовательно включенные тепловые сопротивления: по закраине секции Afo с изменением температуры от ti до t, по слою из фольги и прослоек масла Аф. с изменением температуры от t до 13, и, наконец, через стенку трубы толщиной Дт с изменением температуры от /3 до t. Поскольку при этом величина потока тепла не меняется, по аналогии с выражением (1-122) меем ~ ~в- После несложных преобразований получаем <3 = л д~ л (3-32) в , ф. М , где С - суммарное тепловое, сопротивление указанных выше последовательно включенных слоев, Хт - коэффициент теплопроводности материала стенок трубы змеевика. Из уравнения (3-30) получаем 4-0 = . (3-34) Аналогично выражению (1-146) зависимость температуры от расстояний по оси х в пределах активной ширины фольги 11 + Та£ = 0. (3-35) Коэффициент теплопроводности секции в направлении слоев фольги и бумаги Хц определяется по формуле (1-133). По всей длине Ьа величина Е постоянна; учитывая малый перепад температуры на этой длине, можно считать, что и Та будет примерно постоянной; интегрируя уравнение (3-35) с учетом этих соображений, получаем X < + 7a£=CiA; + C2. (3-36) При л; = О температура имеет максимум, т. е. t = маке и = 0; это дает С = О и * Подставляя в выражение (3-36) значения постоянных Cj, и Сг, получаем t = макс - laE 2Х~ (3-37) Полагая при х~Ьа t = ti, находим перепад температуры ,в рабочей части секции Wc-i = Ta£2?J. (3-38) Используя выражения (3-29), (3-33), (3-34) и (3-38), получаем величину перепада температур от наиболее нагретой части конденсатора к охлаждающей воде макс - 0 = Та£ Ьа + С + ) . (3-39) Согласно выражению (3-33) для вычисления теплового сопротивления С, входящего в формулу (3-39), необходимо найти коэффициенты теплопроводности Хв и Хф . Для их вычисления С. К. Медведев предложил формулы: Хф. = Ф . . (3-41) ф. м- ф. м где Хб и Хф - коэффициенты теплопроводности пропитанной бумаги и фольги; de и do - соответственно их толщины (под dt понимается суммарная толщина бумажного диэлектрика, т. е. произведение из числа слоев бумаги между обкладками на толщину одного слоя бумаги); Х„ - коэффициент теплопроводности масла в тонких прослойках без учета конвекции; - Дф. м - средний зазор между пакетом секций и охлаждающей трубой, заполненной фольгой и масляными, прослойками, который вычисляется, исходя ,из размеров корпуса, пакета и диаметра трубы охлаждающего змеевика; Дф - суммарная толщина обкладок одного знака в конденсаторной секции; Дф = = 2wdo; Дм = Дф. м - Дф - суммарная толщина масляных прослоек*. По формуле (3-39) можно вычислить значение максимальной температуры внутри конденсатора, если будет известно значение коэффициента т. Полагая, что все тепло, выделяющееся в конденсаторе, передается охлаждающей воде, можно записать . Tag-fea - ах (/4 - о) - a24S~ (3-42) где Fb - объем воды, протекающей через трубку змеевика, см/сек; Св и Тв - теплоемкость и плотность воды; Св= 1 кал1град, а Тв = 1 г1см; tsz-tei - перепад температуры в змеевике при охлаждении одного конденсатора (часто применяется последовательное включение змеевиков у нескольких конденсаторов); S - поверхность широкой стороны пакета секций, в контакте с которой находится змеевик с проточной водой, см. * Если фольга припаяна к трубе змеевика, то масляные прослойки зашунтированы фольгой, и тепловым сопротивлением слоя Аф, можно пренебречь, так же. как и для стенки медной трубки - Д^. Из выражения (3-42) находим коэффициент ЗЕ1ачение величин Fb и д/в = в2-bi при выполнении расчета можно выбрать из табл. 32. Таблица 33 Таблица 32 К расчету бумажного конденсатора с водяным охлаждением
Значения напряженности поля, допускаемые при длительной работе бумажно-масляных конденсаторов при повышенных частотах
* в системе СИ давление выра- п . жается в н/ж или барах: 1 атм= Рабочую напря- = 1,01326 X \№ н/м^ = 1,01326 бар. женность ПОЛЯ для рассматриваемого типа конденсаторов рекомендуется выбирать из табл. 33. Эти значения соответствуют толщине диэлектрика порядка 40-100 мк. Согласно формуле (1-4) толщина диэлектрика находится делением заданного рабочего напряжения на выбранное значение Ер. Указанные в табл. 33 значения выбраны на основе практического опыта с таким расчетом, чтобы нагрев конденсаторов не превосходил допускаемых значений и чтобы при работе в них не возникала ионизация. Испытательное напряжение в маркировке конденсаторов этого типа не указывается, но в каталоге отмечается, что на заводе конденсаторы проходят испытание воздействием постоянного напряжения порядка (6 ~ 8) Up, т. е. 7-8 кв, в соответствии с этим для конденсаторов данного типа величина закраины выбирается порядка 7,5 мм. 1 ... 19 20 21 22 23 24 25 ... 33 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||